JP6413264B2 - レーダ装置及びその制御方法 - Google Patents

Description

本発明は、レーダ装置及びその制御方法に関し、特に、複数のレーダ方式を用いて探知動作を行うレーダ装置及びその制御方法に関する。

人工衛星や航空機などの飛翔体を利用したリモートセンシング分野では、地表の状態を観測するためのセンサとして、マイクロ波帯を用いたＳＡＲ（Synthetic Aperture Radar：合成開口レーダ）が使用されている。ＳＡＲを使用した地表状態の判読方法は、ＳＡＲによって得られた受信波の振幅と位相のデータ（複素データ）から画像データを再生し、地表の状態を判読するものである。

一方、対象物までの距離と方向を探知する目的では、地上または飛翔体にレーダを設置し、送信波が物体で反射して元のアンテナで受信されるまでの時間を計測することにより、対象物までの距離と方向を探知する捜索レーダが使用されている。捜索レーダはＳＡＲのように画像データを再生するのではなく、対象物までの距離と方向を探知することを目的としている。

ＳＡＲと捜索レーダとを同一航空機に搭載した例として、フランスのＴｈａｌｅｓ社のＯｃｅａｎ Ｍａｓｔｅｒが知られている（非特許文献１〜４参照）。

Ｔｈａｌｅｓ、"Ｏｃｅａｎ Ｍａｓｔｅｒ"、［平成26年2月17日検索］、インターネット〈URL：https://www.thalesgroup.com/en/content/ocean-master〉 Ｔｈａｌｅｓ、"Ｏｃｅａｎ Ｍａｓｔｅｒ"、［平成26年2月17日検索］、インターネット〈URL：https://www.thalesgroup.com/sites/default/files/asset/document/bat_final_fiche_ocean_master_radar_pour_intranet.pdf〉 Ｃｈｒｉｓｔｉａｎ Ｗｏｌｆｆ、"Ｏｃｅａｎ Ｍａｓｔｅｒ"、［平成26年2月17日検索］、インターネット〈URL：http://www.radartutorial.eu/19.kartei/karte604.en.html〉 Ｔｈａｌｅｓ、"Ｔｈａｌｅｓ ａｎｄ Ｍａｒｉｔｉｍｅ Ｐａｔｒｏｌ ＆ Ｓｕｒｖｅｉｌｌａｎｃｅ ｓｙｓｔｅｍｓ"、［平成26年2月17日検索］、インターネット、〈URL：http://mms.businesswire.com/bwapps/mediaserver/ViewMedia?mgid=280104&vid=1〉

上記Ｏｃｅａｎ Ｍａｓｔｅｒなどの関連する技術では、ＳＡＲと捜索レーダのような複数のレーダ方式のレーダを１つのレーダ装置に搭載することが可能である。しかしながら、複数のレーダ方式による探知を１つのレーダ装置で実現しようとすると、レーダ方式ごとに信号処理を行う回路が必要となるため、構成が複雑になるという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、簡易な構成で複数のレーダ方式による探知を行うことが可能なレーダ装置及びその制御方法を提供することを目的とする。

本発明に係るレーダ装置は、第１のレーダ方式の場合と第２のレーダ方式の場合とで異なる周波数の送信信号を、アンテナを介して測定対象へ送信する送信部と、前記測定対象から前記アンテナを介して受信する受信信号を、前記第１のレーダ方式の場合と前記第２のレーダ方式の場合とで異なるサンプリングレートにより信号処理を行う受信部と、前記信号処理された受信信号に対し画像処理を行い、前記画像処理された画像を表示する画像処理部と、を備えるものである。

本発明に係るレーダ装置の制御方法は、第１のレーダ方式の場合と第２のレーダ方式の場合とで異なる周波数の送信信号を、アンテナを介して測定対象へ送信し、前記測定対象から前記アンテナを介して受信する受信信号を、前記第１のレーダ方式の場合と前記第２のレーダ方式の場合とで異なるサンプリングレートにより信号処理を行い、前記信号処理された受信信号に対し画像処理を行い、前記画像処理された画像を表示するものである。

本発明によれば、簡易な構成で複数のレーダ方式による探知を行うことが可能なレーダ装置及びその制御方法を提供することができる。

実施の形態に係るレーダ装置の概要を示す構成図である。 実施の形態１に係るレーダ装置の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る送信機の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係る受信機及び画像処理部の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係るレンジ圧縮部の構成を示す構成図である。 実施の形態１に係るアジマス圧縮部の構成を示す構成図である。 実施の形態２に係る受信機の構成を示す構成図である。 実施の形態３に係る受信機の構成を示す構成図である。

（実施の形態の概要）
ＳＡＲと捜索レーダは互いに異なるセンサであるが、この２つのセンサを連携させることによって、観測効率を向上させることができる。すなわち広域を捜索レーダによって観測して観測対象の位置を特定し、その位置を航空機のＳＡＲで観測することによって、対象を迅速に観測することができる。たとえば海上を航行する船舶を観測する目的の場合、これら２つのセンサを連携させれば、船舶の位置が当初未知であっても迅速に対象の船舶をＳＡＲで観測し画像化することができる。

しかし、捜索レーダの広域観測のために必要な受信時間幅と、ＳＡＲの画質にとって最適となる観測幅のための受信時間幅が一般には異なるため、これら２種類のレーダを同一のシステムで構築しようとすると受信系が複雑になるという問題がある。また、受信系に対応して送信系も複雑になるという問題がある。

以下の実施の形態では、ＳＡＲ（第１のレーダ方式）と捜索レーダ（第２のレーダ方式）とを同一システムで実現するときに、受信系及び送信系を小型化する、という課題を解決する。すなわち、実施の形態は、小型なシステムで観測効率を向上させることを目的とする。

図１は、実施の形態に係るレーダ装置１０の概要を示す構成図である。図１に示すように、実施の形態に係るレーダ装置１０は、送信部１１、受信部１２、画像処理部１３を備えている。

送信部１１は、第１のレーダ方式の場合と第２のレーダ方式の場合とで異なる周波数の送信信号を、アンテナ１４を介して測定対象へ送信する。受信部１２は、測定対象からアンテナ１４を介して受信する受信信号を、第１のレーダ方式の場合と第２のレーダ方式の場合とで異なるサンプリングレートにより信号処理を行う。画像処理部１３は、信号処理された受信信号に対し画像処理を行い、画像処理された画像を表示する。

このように、実施の形態では、送信部においてレーダ方式に応じた周波数を送信し、また、受信部においてレーダ方式に応じたサンプリングレートで信号処理を行うことにより、複数のレーダ方式を共通の送信部及び受信部により実現できるため、簡易な構成とすることができ、システムの小型化を図ることができる。

（実施の形態１）
以下、図面を参照して実施の形態１について説明する。図２は、本実施の形態に係るレーダ装置１の構成を示している。レーダ装置１は、例えば、航空機などの飛翔体に設けられている。図２に示すように、本実施の形態に係るレーダ装置１は、送信機１００、受信機２００、画像処理部３００、制御部４００、サーキュレータ４０１、アンテナ駆動機構４０２、アンテナ４０３を備えている。

送信機１００は、ＳＡＲや捜索レーダで探知を行うための送信信号を生成する。サーキュレータ４０１は、送信機１００が生成した送信信号をアンテナ４０３から送信し、アンテナ４０３が受信した受信信号を受信機２００へ出力する。

アンテナ駆動機構４０２は、レーダ方式に応じてアンテナ４０３が最適な方向となるように、アンテナ４０３を駆動する。アンテナ４０３は、送信波（送信信号）を測定対象へ送信し、測定対象から受信波（受信信号）を受信する。

受信機２００は、アンテナ４０３が受信した受信信号に信号処理を行い、画像処理部３００が処理可能な信号（画像処理対象信号）を生成する。画像処理部３００は、受信機２００が処理した受信信号に対し画像処理を行い、測定対象を検出する。画像処理部３００は、捜索レーダにより得られる測定対象の位置座標を制御部４００へ出力する。

制御部４００は、ＳＡＲ及び捜索レーダに応じた探知動作を行うように各部を制御する。制御部４００は、画像処理部３００が検出した測定対象の位置や、飛翔体の状態などに基づいて、送信機１００、受信機２００、アンテナ駆動機構４０２を制御する。なお、以下に説明する各部の動作は、制御部４００のＳＡＲ及び捜索レーダに応じた制御信号により実現されるが、制御部４００を設けずに、各部自身がＳＡＲ及び捜索レーダに応じて動作してもよい。

本実施の形態では、レーダ装置１内のいずれの構成も、ＳＡＲと捜索レーダで共有することを特徴とする。なお、アンテナ４０３〜アンテナ駆動機構４０２〜サーキュレータ４０１〜受信機２００〜画像処理部３００間の信号線は、図２では１チャンネル（１本線）しか示していないが、チャンネル数を増加しても、チャンネルごとに後述する図４の受信機２００、画像処理部３００の構成を用いればよい。また、送信機１００についても、チャンネルごとに設けてもよい。

アンテナ駆動機構４０２は、飛翔体におけるロール、ヨー、ピッチのうち、少なくともヨー方向にアンテナ４０３を駆動する。これにより合成開口レーダに必要な偏流補正と、捜索レーダに必要なアンテナ回転とを両立することができる。

ここで、偏流補正とは次のような補正である。すなわち、航空機が目的の軌道を飛行する際に、気流（＝偏流という）の影響を打ち消すために機首方向を飛行方向からずらす。一方、ＳＡＲでは、アンテナ面の法線方向は常に飛行方向と垂直方向を向いていることが理想的である。従って、機首方向と飛行方向の角度分アンテナを駆動することによって、機首方向に依らずに、アンテナ法線方向を飛行方向と垂直方向へ向けるように補正する。

受信機２００では、ＳＡＲによる観測と、捜索レーダによる観測とで、制御部４００による制御に従ってサンプリング速度（サンプリングレート）を切替えることを特徴とする。なお、信号のサンプル数はサンプリング速度及び受信時間幅により決まるため、受信機２００はレーダ方式に応じてサンプル数を切り替えるともいえる。ＳＡＲで必要な受信時間幅と、捜索レーダで必要な受信時間幅は一般には異なるものの、受信機のサンプリング速度（サンプル数）を切替えることで、画像処理部３００の入力サンプル数を共通にすることができる。

このとき、受信したアナログ信号の再現性を確保したままサンプリング速度を切替えることが重要である。これを実現するために、まず送信系では送信する電波の帯域幅をＳＡＲと捜索レーダとで切替える。この送信系での切替えは、送信機のメモリから読出すデジタル信号を切替えることで実現する。

通常、捜索レーダの送信信号は、信号の継続時間が比較的短く周波数が一定の信号を用いる。その場合、信号の継続時間の半分に相当する距離が、対象物を識別できる分解能になる。このように信号の継続時間が短い信号を用いる場合、アンテナと対象物との往復の間に電波が減衰してしまわないよう、送信ピーク電力を比較的大きくする必要があり、システムの大型化につながる。一方、ＳＡＲでは、この大型化の問題を克服するため、通常、信号の継続時間を比較的長くして、その時間内に周波数が変化し、振幅が一定の信号を用いる。このようにすると、信号処理によって、信号の継続時間に依存せず周波数変化幅に依存する分解能を得ることができ、さらに信号の継続時間が比較的長い分、送信ピーク電力は比較的小さくてすむ。本実施の形態では、捜索レーダで用いる送信信号をＳＡＲで用いる送信信号と同様に、信号の継続時間が比較的長くその時間内に周波数が変化し振幅が一定の信号を用いる。捜索レーダの分解能も、ＳＡＲと同様の処理により、信号の継続時間に依存せず周波数変化幅に依存する分解能を得る手段をとる。このようにＳＡＲと捜索レーダとで同様の送信信号を用いることで、送信系の小型化を図ると共に、受信したアナログ信号の再現性を確保したままサンプリング速度を切替えることを可能とする。

受信時間幅は捜索レーダの方がＳＡＲよりも広いことが要請されるので、捜索レーダを動作させるときに画像処理部の入力サンプル数を低減させる必要がある。そこで捜索レーダ用の送信信号の帯域幅を狭くする。しかしあまりに狭くすると捜索レーダの分解能が実用に耐えなくなってしまうので、後述の実施の形態２や３に示す程度の帯域幅は確保する必要がある。

図３は、本実施の形態に係る送信機１００の構成を示している。図３に示すように、本実施の形態に係る送信機１００は、メモリ１０１、Ｄ／Ａ変換部１０２、アップコンバート部１０３、高出力増幅部１０４を備えている。なお、図３の構成は一例であり、その他の構成により、複数の周波数（帯域幅）の送信信号を生成してもよい。

メモリ（送信波形記憶部）１０１は、送信信号を生成するための信号波形のデータ（デジタル信号）を記憶する。メモリ１０１は、ＳＡＲと捜索レーダの帯域に応じた信号波形を記憶し、また、ＳＡＲまたは捜索レーダの分解能に応じた帯域の信号波形を記憶する。メモリ１０１は、制御部４００からの制御（レーダ方式や分解能）に応じて、信号波形を切り替えて出力する。

例えば、Ｄ／Ａ変換部１０２、アップコンバート部１０３、高出力増幅部１０４は、メモリ１０１が記憶した波形に基づき送信信号を生成する送信信号生成部を構成する。Ｄ／Ａ変換部１０２は、メモリ１０１から読み出した信号をデジタル信号からアナログ信号に変換（Ｄ／Ａ変換）する。

アップコンバート部１０３は、Ｄ／Ａ変換部１０２が変換した信号を、送信信号の周波数となるようにアップコンバートする。高出力増幅部１０４は、アップコンバート部１０３がアップコンバートした信号を必要なレベルまで増幅し、増幅した信号を送信信号として出力する。

図４は、本実施の形態に係る受信機２００及び画像処理部３００の構成を示している。図４に示すように、本実施の形態に係る受信機２００は、ダウンコンバート部２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２、Ｉ／Ｑ分離部２０３、振幅位相補正部２０４、ダウンサンプリング部２０５、切替部２０６ａ及び２０６ｂ、間引き部２０７ａ及び２０７ｂ、バッファ部２０８ａ及び２０８ｂ、フォーマット部２０９ａ及び２０９ｂを備えている。なお、図４の構成は一例であり、その他の構成により、複数のサンプリングレートで受信信号を処理してもよい。

例えば、ダウンコンバート部２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２、Ｉ／Ｑ分離部２０３、振幅位相補正部２０４、ダウンサンプリング部２０５は、共通の回路で実現する第１の受信共通部であり、バッファ部２０８ａ及び２０８ｂ、フォーマット部２０９ａ及び２０９ｂは、第２の受信共通部である。ダウンコンバート部２０１は、受信信号を受信機２００で処理可能な周波数にダウンコンバート（周波数シフト）する。Ａ／Ｄ変換部２０２は、ダウンコンバート部２０１がダウンコンバートした信号をアナログ信号からデジタル信号に変換（Ａ／Ｄ変換）する。

Ｉ／Ｑ分離部２０３は、Ａ／Ｄ変換部２０２が変換した信号をＩ（In-phase）成分及びＱ（Quadrature）成分の信号に分離する。振幅位相補正部２０４は、Ｉ／Ｑ分離部２０３が分離した信号の振幅及び位相を補正する。ダウンサンプリング部２０５は、振幅位相補正部２０４が補正した信号を、画像処理部３００で処理可能な信号となるようにダウンサンプリング（サンプリング速度低減）する。

切替部２０６ａ及び２０６ｂ及び間引き部２０７ａ及び２０７ｂは、制御部４００からの制御（レーダ方式や分解能、送信信号の帯域）に応じて、間引き処理を実行する。切替部２０６ａ及び２０６ｂは、それぞれ、制御部４００からの制御信号に基づき、ダウンサンプリング部２０５がダウンサンプリングした信号を、バッファ部２０８ａ、２０８ｂまたは間引き部２０７ａ、２０７ｂへ出力する。切替部２０６ａ及び２０６ｂは、ＳＡＲの場合、ダウンコンバートした信号（ＳＡＲ観測データ）をバッファ部２０８ａ、２０８ｂへ出力し、捜索レーダの場合、ダウンコンバートした信号（捜索レーダ観測データ）を間引き部２０７ａ、２０７ｂへ出力する。

間引き部２０７ａ及び２０７ｂは、捜索レーダの場合、捜索レーダの画像処理に適したデータ量となるように、ダウンサンプリングした信号からデータを間引く。

バッファ部２０８ａ及び２０８ｂは、ＳＡＲの場合、ダウンコンバートした信号を保持し、捜索レーダの場合、ダウンコンバートの後に間引いた信号を保持する。フォーマット部２０９ａ及び２０９ｂは、バッファ部２０８ａ及び２０８ｂが保持した信号を、画像処理部３００で処理する形式にフォーマット（変換）する。

このように、受信系では、ＳＡＲと捜索レーダとで共通のダウンコンバート部２０１、Ａ／Ｄ変換部２０２、Ｉ／Ｑ分離部２０３、振幅位相補正部２０４、ダウンサンプリング部２０５を用いて、回路を共通化する。このとき、Ａ／Ｄ変換部２０２とＩ／Ｑ分離部２０３の順序を逆にして、アナログ信号の段階でＩ／Ｑ分離を行っても良い。

その後、ＳＡＲでの動作時と捜索レーダでの動作時とで経路を切替え、捜索レーダの場合、信号を間引くことで、ＳＡＲよりもサンプリング速度を低減する。全てのサンプリング速度低減後に、サンプリング速度が送信帯域幅以上となることが、アナログ信号の再現性のための必要十分条件である。

図４に示すように、本実施の形態に係る画像処理部３００は、レンジ圧縮部３１０、切替部３２０、アジマス圧縮部３３０、表示部３４０を備えている。レンジ圧縮部３１０は、受信機２００が処理した信号（フォーマット部２０９ａ及び２０９ｂ）が生成した信号に対し、レンジ圧縮処理を行う。

切替部３２０は、制御部４００からの制御信号に基づき、レンジ圧縮部３１０がレンジ圧縮した信号をアジマス圧縮部３３０、または、表示部３４０へ出力する。切替部３２０は、ＳＡＲの場合、レンジ圧縮した信号をアジマス圧縮部３３０へ出力し、捜索レーダの場合、レンジ圧縮した信号を表示部３４０へ出力する。

アジマス圧縮部３３０は、ＳＡＲの場合、レンジ圧縮した信号に対し、アジマス圧縮処理を行う。表示部３４０は、ＳＡＲの場合、レンジ圧縮及びアジマス圧縮を行ったＳＡＲデータに基づき、ＳＡＲの観測結果を表示し、捜索レーダの場合、レンジ圧縮した捜索レーダデータに基づき、捜索レーダの観測結果を表示する。なお、表示部３４０を備えずに、レンジ圧縮部３１０が生成した捜索レーダデータまたはアジマス圧縮部３３０が生成したＳＡＲデータを外部へ出力してもよい。

図５は、本実施の形態に係るレンジ圧縮部３１０の構成を示している。図５に示すように、本実施の形態に係るレンジ圧縮部３１０は、ＦＦＴ部３１１、メモリ３１２、乗算器３１３、ＩＦＦＴ部３１４を備えている。

ＦＦＴ部３１１は、受信機２００が処理した受信信号に対しＦＦＴ（Fast Fourier Transform：高速フーリエ変換）処理を行う。メモリ３１２は、参照信号を記憶する。乗算器３１３は、ＦＦＴ部３１１が処理した信号とメモリ３１２から読み出した参照信号とを乗算する。ＩＦＦＴ部３１４は、乗算器３１３が乗算した信号に対しＩＦＦＴ（Inverse Fast Fourier Transform：逆高速フーリエ変換）処理を行う。

レンジ方向とは電波放射方向のことで、レンジ圧縮では電波放射方向の分解能を向上する。レンジ圧縮処理を行うレンジ圧縮部３１０では、送信で用いた、信号継続時間が比較的長くその時間内に周波数が変化する信号に対して、その継続時間が圧縮された信号と等価となるための計算をする。具体的には、周波数領域で幅の広い実数の矩形信号を作成する。このような信号は、フーリエ級数展開に多くの周波数を要するということなので、時間領域では不連続信号に近くなり、信号の継続時間が短い信号と等価になる。レンジ圧縮の結果得られた信号の継続時間は、送信信号の継続時間に依存せず周波数変化幅に依存する。さらにレンジ圧縮の結果得られた信号の継続時間の半分に相当する距離が、対象物を識別できる分解能になる。

このような、周波数領域で幅の広い実数の矩形信号を作成するために、ＦＦＴ部３１１は受信信号を高速フーリエ変換により定義域を周波数領域に変換し、乗算器３１３は送信信号の複素共役である信号（メモリ３１２の参照信号）との積をとる。その後、ＩＦＦＴ部３１４の逆高速フーリエ変換により、定義域を時間領域に戻す。受信信号は観測幅内で反射した信号の和であり、各反射が送信信号と同じ継続時間、周波数変化をしており振幅は一定なので、この各反射波が、信号の継続時間が短い信号と等価になる。レンジ圧縮によって、電波放射方向の分解能が向上した信号が得られる。

図６は、本実施の形態に係るアジマス圧縮部３３０の構成を示している。図６に示すように、本実施の形態に係るアジマス圧縮部３３０は、ＦＦＴ部３３１、参照関数算出部３３２、乗算器３３３、ＩＦＦＴ部３３４を備えている。

ＦＦＴ部３３１は、レンジ圧縮部３１０が処理した信号に対しＦＦＴ処理を行う。参照関数算出部３３２は、参照関数を算出する。乗算器３３３は、ＦＦＴ部３３１が処理した信号と参照関数算出部３３２が算出した参照信号とを乗算する。ＩＦＦＴ部３３４は、乗算器３３３が乗算した信号に対しＩＦＦＴ処理を行う。

ＳＡＲにおいてアジマス方向とは航空機の飛行方向のことで、アジマス圧縮処理を行うアジマス圧縮部３３０では、航空機の飛行方向の分解能を向上する。アジマス圧縮もレンジ圧縮と同様の方法によって、同じ対象物からのアジマス方向の受信信号の継続時間を圧縮する。アジマス方向の受信信号とは、送受信を繰り返して得られる同じ対象物からの各受信信号を、時間順に並べた信号である。レンジ圧縮との違いは、周波数領域で積をとる参照信号を、その都度算出する必要があることである。この参照信号の算出は、参照関数算出部３３２が航空機の軌道情報や受信信号自体から求める。ＳＡＲでは、アジマス圧縮によって航空機の飛行方向に分解能が向上した信号が得られる。

このように、画像処理部３００では、電波放射方向に関しては、ＳＡＲと捜索レーダとで共通の処理（レンジ圧縮処理）を実施することを特徴とする。受信機２００による入力サンプル数共通化と、画像処理部３００の画像処理一部共通化によって、画像処理部３００の入力部をＳＡＲと捜索レーダとで共通化することができる。また、捜索レーダで検出した観測対象の位置座標を、画像処理部３００から制御部４００へフィードバックすることを特徴とする。これにより、捜索レーダによる観測結果と、ＳＡＲによる観測結果を連携することができる。

本実施の形態による効果は次の通りである。まず、ＳＡＲと捜索レーダとでそれぞれ必要なアンテナ駆動を共通のアンテナ駆動機構で実現することによって、アンテナ駆動機構を小型化できる。

また、ＳＡＲで使用する送信信号と、捜索レーダで使用する送信波形のいずれも、信号の継続時間が比較的長くその時間内に周波数が変化し振幅が一定の信号を用いることによって、送信系の回路をＳＡＲと捜索レーダとで共通化でき、送信系を小型化することができる。同時に、受信したアナログ信号の再現性を確保したままサンプリング速度（サンプル数）を切替えることが可能になる。

さらに、受信機において捜索レーダ用のサンプリングレート（サンプル数）低減の大半を、ＳＡＲと共通の回路を使用して実現することが、受信機の小型化に寄与する。

また、画像処理部における処理の前半をＳＡＲと捜索レーダとで共通とすることが、画像処理部の小型化に貢献する。さらに、ＳＡＲと捜索レーダの２種類のセンサを同一システムで実現し、連携させることによって、観測効率を向上できる。

（実施の形態２）
以下、図面を参照して実施の形態２について説明する。本実施の形態では、実施の形態１における受信機２００及びサンプリングレートの具体例について説明する。

図７は、本実施の形態に係る受信機２００の構成、及びサンプリングレートの遷移を示している。図７では、実施の形態１の図４の構成と比べて、Ｉ／Ｑ分離部２０３は、乗算器２１１ａ及び２１１ｂ、ＬＰＦ＆間引き部２１２ａ及び２１２ｂを含んでいる。

また、振幅位相補正部２０４は、振幅位相補正部（Ｉ・ｈｉ）２１３ａ、振幅位相補正部（Ｑ・ｈｉ）２１３ｂ、振幅位相補正部（−Ｑ・ｈｑ）２１４ａ、振幅位相補正部（Ｉ・ｈｑ）２１４ｂ、加算器２１５ａ及び２１５ｂを含んでいる。

ダウンサンプリング部２０５は、ダウンサンプリング部２０５ａ及び２０５ｂを含んでいる。受信機２００は、さらに、ＩＦ（インタフェース）部２１０ａ及び２１０ｂを備えている。

乗算器２１１ａ及び２１１ｂは、Ａ／Ｄ変換部２０２が変換した信号とローカル信号とを乗算する。ＬＰＦ＆間引き部２１２ａ及び２１２ｂは、乗算器２１１ａ及び２１１ｂが乗算した信号に対し、ローパスフィルタ処理及び間引き処理を行い、Ｉ成分及びＱ成分の信号を出力する。

振幅位相補正部２０４は、振幅位相補正部２１３ａ及び２１３ｂ、２１４ａ及び２１４ｂにより、受信した複素信号（Ｉ、Ｑ）に補正のための複素信号（ｈｉ、ｈｑ）を乗じる。加算器２１５ａは、振幅位相補正された複素信号のＩ成分を出力する。加算器２１５ｂは、振幅位相補正された複素信号のＱ成分を出力する。

ダウンサンプリング部２０５ａ及び２０５ｂは、それぞれ、振幅位相補正されたＩ成分信号、Ｑ成分信号をダウンサンプリングする。ＩＦ（インタフェース）部２１０ａ及び２１０ｂは、それぞれ、フォーマット部２０９ａ及び２０９ｂが生成した信号を画像処理部３００（レンジ圧縮部３１０）へ出力する。

本実施の形態におけるサンプリングレートの例について説明する。ＳＡＲでは送信帯域幅が大きいほど分解能が高い。ここではＳＡＲの送信帯域幅として４００ＭＨｚ、２００ＭＨｚ、１００ＭＨｚの切替え運用ができる例を挙げる。このとき電波照射方向の分解能はそれぞれ約３７．５ｃｍ、７５ｃｍ、１５０ｃｍである。捜索レーダでは送信帯域幅として１０ＭＨｚとする。このとき電波照射方向の分解能（検出精度）は１５ｍであり、海上の中型以上の船舶を探知するのに実用的である。本実施の形態では、送信機１００が、制御部４００からの制御（レーダ方式や分解能）に応じて、４００ＭＨｚ、２００ＭＨｚ、１００ＭＨｚ、１０ＭＨｚのいずれかの送信信号を送信する。

Ａ／Ｄ変換部２０２はサンプリング速度１．６ＧｓｐｓでＡ／Ｄ変換を実施する。これは最大の帯域幅である４００ＭＨｚをサンプリングするのに十分な速度である。必要なサンプリング速度は９６０Ｍｓｐｓ程度であるが、Ａ／Ｄ変換部２０２の部品のサンプリング速度を任意に設定できるわけではないので、この段階ではオーバーサンプリングしておく。他の３つの帯域幅の場合にも、同一の回路を使用してＡ／Ｄ変換速度は共通とする。すなわちＡ／Ｄ変換直後はＳＡＲの３つの帯域幅、捜索レーダの帯域幅のいずれも同じサンプリング速度である。

Ａ／Ｄ変換後、Ｉ／Ｑ分離部２０３（乗算器２１１ａ及び２１１ｂ、ＬＰＦ＆間引き部２１２ａ及び２１２ｂ）は、受信信号を位相が互いに９０度異なる２つの信号に分離する。これは周波数の正負を区別できるようにして、帯域幅をそのままで、周波数の絶対値の最大値を半分に低減するための、関連する技術として知られた手法である。例えば、ＬＰＦ＆間引き部２１２ａ及び２１２ｂは、制御部４００からの制御（レーダ方式や分解能）に応じた間引き量で間引き処理を行う。

例えば０Ｈｚ〜＋４００ＭＨｚの信号を、−２００ＭＨｚ〜＋２００ＭＨｚの信号へ変換する。これもＳＡＲと捜索レーダで共通の回路を使用する。この分離の際、ＬＰＦ（ローパスフィルタ）を通過させるが、同時に間引きを実施する。ＳＡＲの４００ＭＨｚの帯域幅の場合は、このＩ／Ｑ分離でサンプリング速度は半分の８００Ｍｓｐｓになる。ＳＡＲの２００ＭＨｚ帯域幅の場合は、１／２間引きを行い、サンプリング速度は４００Ｍｓｐｓとなる。ＳＡＲの１００ＭＨｚ帯域幅の場合は、１／４間引きを行い、サンプリング速度は２００Ｍｓｐｓとなる。捜索レーダの１０ＭＨｚ帯域幅の場合は、ＳＡＲの１５０ＭＨｚ帯域幅の場合と共通の１／４間引きとし、サンプリング速度は２００Ｍｓｐｓとなる。すなわちこの時点でも、捜索レーダ用の間引きはＳＡＲと共通の回路を使用する。ここに１／Ｍ間引きとは、１つのサンプル点を採用するとその後のＭ−１サンプルを捨て、その後の１サンプルを採用し、その後のＭ−１サンプルを捨てることを繰り返して行う。

Ｉ／Ｑ分離後、送信系および受信系による信号の振幅位相誤差を補正するために、振幅位相補正部２０４は、振幅位相補正を実施するが、ここではサンプリング速度は変更しない。この段階まで１サンプルのｂｉｔ数は１２ｂｉｔとしておき、補正精度を高める。振幅位相補正が完了すると、１サンプルのｂｉｔ数を８ｂｉｔへ低減してデータ量を低減する。この振幅位相補正もＳＡＲと捜索レーダは共通回路を使用する。

続いて、振幅位相補正の後、ダウンサンプリング部２０５（ダウンサンプリング部２０５ａ及び２０５ｂ）は、ダウンサンプリングを実施する。これまではＡ／Ｄ変換部２０２の部品のサンプリング速度を任意に設定できるわけではないためオーバーサンプリングしていたので、ここでサンプル数低減のためにダウンサンプリングする。例えば、ダウンサンプリング部２０５ａ及び２０５ｂは、制御部４００からの制御（レーダ方式や分解能）に応じた速度低減量でダウンサンプリング処理を行う。ＳＡＲの４００ＭＨｚの帯域幅の場合は、３／５ダウンサンプリングを行い、サンプリング速度は４８０Ｍｓｐｓになる。ＳＡＲの２００ＭＨｚ帯域幅の場合も３／５ダウンサンプリングを行い、サンプリング速度は２４０Ｍｓｐｓとなる。ＳＡＲの１００ＭＨｚ帯域幅の場合も３／５ダウンサンプリングを行い、サンプリング速度は１２０Ｍｓｐｓとなる。捜索レーダの１０ＭＨｚ帯域幅の場合は、ＳＡＲと共通の３／５ダウンサンプリングを行い、サンプリング速度は１２０Ｍｓｐｓとなる。すなわちこの時点でも、捜索レーダ用のダウンサンプリングはＳＡＲと共通の回路を使用する。ここにＬ／Ｍダウンサンプリングとは、サンプル間にＬ−１個の０点を挿入し、その後移動平均により補間し、その後１／Ｍ間引きを行う。

ダウンサンプリング後、切替部２０６ａ及び２０６ｂにより信号を切り替え、捜索レーダの場合のみ間引き部２０７ａ及び２０７ｂを通過させる。本実施の形態では、間引き部２０７ａ及び２０７ｂは、１／１０間引きを行い、サンプリング速度は１２Ｍｓｐｓとなる。

画像処理部３００のレンジ圧縮処理の入力サンプル数は、２の１５乗＝３２７６８とする。レンジ圧縮処理で高速フーリエ変換を行うため、高速フーリエ変換の効率化のために２冪の入力サンプル数とする。

画像処理部３００のレンジ圧縮部３１０の入力サンプル数を、２の１５乗＝３２７６８としたとき、ＳＡＲの４００ＭＨｚの帯域幅の場合は、受信可能な時間幅は約６８．２μｓｅｃ以下となる。ＳＡＲの２００ＭＨｚ帯域幅の場合は、受信可能な時間幅は約１３６．５μｓｅｃ以下となる。ＳＡＲの１５０ＭＨｚ帯域幅の場合は、受信可能な時間幅は約２７３．０μｓｅｃ以下となる。捜索レーダの１０ＭＨｚ帯域幅の場合は、受信可能な時間幅は約２７３０．６μｓｅｃ以下となる。

以上の本実施の形態の場合、高度３ｋｍ〜６ｋｍ程度を対地速度１００ｍ／ｓ程度で航行する航空機では、ＳＡＲの観測幅は帯域幅４００ＭＨｚ、２００ＭＨｚ、１００ＭＨｚいずれも５ｋｍ〜１０ｋｍ程度となる。捜索レーダの観測幅は６０ｋｍ〜７０ｋｍ程度となる。ＳＡＲおよび捜索レーダの観測幅は受信時間幅だけでなく、送信信号の時間幅、信号対雑音比、アンテナビーム幅によって制約を受け、最終的に上記のようになる。
以上のようなサンプリングレートの具体例を用いることで、実施の形態１を具体的に実現するとともに、実施の形態１と同様の効果を得ることができる。また、本実施の形態では、受信機の回路の具体例として、Ｉ／Ｑ分離部に２つのＬＰＦ＆間引き部を含むようにした。これにより、ダウンサンプリングの前のＩ／Ｑ分離の際に、所望のサンプリングレートに変換することができるとともに、Ｉ／Ｑ分離部の回路構成を共通化することができる。

（実施の形態３）
以下、図面を参照して実施の形態３について説明する。本実施の形態では、実施の形態１における受信機２００及びサンプリングレートのその他の具体例について説明する。

図８は、本実施の形態に係る受信機２００の構成、及びサンプリングレートの遷移を示している。図８では、実施の形態２の図７の構成と比べて、ダウンサンプリング部２０５ａ及び２０５ｂが、アップサンプリング部２１６ａ及び２１６ｂ、移動平均部２１７ａ及び２１７ｂ、切替部２０６ａ及び２０６ｂ、間引き部２１８ａ及び２１８ｂ、間引き部２１９ａ及び２１９ｂを含んでいる。

アップサンプリング部２１６ａ及び２１６ｂは、振幅位相補正部２０４が振幅位相補正した信号をアップサンプリングする。移動平均部２１７ａ及び２１７ｂは、アップサンプリング部２１６ａ及び２１６ｂがアップサンプリングした信号に対し移動平均処理を行う。

切替部２０６ａ及び２０６ｂは、移動平均部２１７ａ及び２１７ｂが処理した信号を、間引き部２１８ａ及び２１８ｂ、または、間引き部２１９ａ及び２１９ｂへ出力する。切替部２０６ａ及び２０６ｂは、ＳＡＲの場合、移動平均処理した信号を間引き部２１８ａ及び２１８ｂへ出力し、捜索レーダの場合、間引き部２１９ａ、２１９ｂへ出力する。

間引き部２１８ａ及び２１８ｂは、ＳＡＲの画像処理に適したデータ量となるように、移動平均処理した信号からデータを間引く。間引き部２１９ａ及び２１９ｂは、捜索レーダの画像処理に適したデータ量となるように、移動平均処理した信号からデータを間引く。

実施の形態２との違いは、実施の形態２のダウンサンプリングとその直後の分岐および間引きの回路を、本実施の形態ではダウンサンプリング部としてまとめていることである。

実施の形態２で述べたように、Ｌ／Ｍダウンサンプリングとは、サンプル間にＬ−１個の０点を挿入し、その後移動平均により補間し、その後１／Ｍ間引きを行うことである。この最後の１／Ｍ間引きと、実施の形態２の分岐直後の捜索レーダに対する間引きを同時に行い、ＳＡＲと捜索レーダの分岐は移動平均と間引きの間で実施するようにしたのが本実施の形態である。本実施の形態では、ダウンサンプリングの中の移動平均までが、ＳＡＲと捜索レーダとで共通の回路となる。

本実施の形態のダウンサンプリング部内の間引きは、ＳＡＲに対しては１／５間引きであり（間引き部２１８ａ及び２１８ｂ）、捜索レーダに対しては１／５０間引きである（間引き部２１９ａ及び２１９ｂ）。ダウンサンプリング部全体では、ＳＡＲに対しては３／５ダウンサンプリングとなり、捜索レーダに対しては３／５０ダウンサンプリングとなる。

ＳＡＲの４００ＭＨｚの帯域幅の場合は、このダウンサンプリングでサンプリング速度が４８０Ｍｓｐｓになる。ＳＡＲの２００ＭＨｚ帯域幅の場合は、このダウンサンプリングでサンプリング速度が２４０Ｍｓｐｓとなる。ＳＡＲの１００ＭＨｚ帯域幅の場合はこのダウンサンプリングでサンプリング速度は１２０Ｍｓｐｓとなる。捜索レーダの１０ＭＨｚ帯域幅の場合は、このダウンサンプリングでサンプリング速度は１２Ｍｓｐｓとなる。
本実施の形態のように、ダウンサンプリング部内で間引きを行うようにしても、実施の形態２と同様のサンプリングレートで受信信号を処理することができる。このため、実施の形態１及び２と同様の効果を得ることができる。また、間引き部をダウンサンプリング部内に設けているため、ダウンサンプリング部の外部に間引き部を設ける必要がない。ダウンサンプリング部内の１か所の間引きのみで、所望のサンプル数とすることができるため、受信機の構成を簡素化することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

上述の実施形態における各構成は、ハードウェア又はソフトウェア、もしくはその両方によって構成され、１つのハードウェア又はソフトウェアから構成してもよいし、複数のハードウェア又はソフトウェアから構成してもよい。レーダ装置の各機能（各処理）を、ＣＰＵやメモリ等を有するコンピュータにより実現してもよい。例えば、記憶装置（記憶媒体）に実施形態における制御方法を行うための制御プログラムを格納し、各機能を、記憶装置に格納された制御プログラムをＣＰＵで実行することにより実現してもよい。

１、１０ レーダ装置
１１ 送信部
１２ 受信部
１３ 画像処理部
１４ アンテナ
１００ 送信機
１０１ メモリ
１０２ Ｄ／Ａ変換部
１０３ アップコンバート部
１０４ 高出力増幅部
２００ 受信機
２０１ ダウンコンバート部
２０２ Ａ／Ｄ変換部
２０３ Ｉ／Ｑ分離部
２０４ 振幅位相補正部
２０５、２０５ａ、２０５ｂ ダウンサンプリング部
２０６ａ、２０６ｂ 切替部
２０７ａ。２０７ｂ 間引き部
２０８ａ、２０８ｂ バッファ部
２０９ａ、２０９ｂ フォーマット部
２１０ａ、２１０ｂ ＩＦ部
２１１ａ、２１１ｂ 乗算器
２１２ａ、２１２ｂ ＬＰＦ＆間引き部
２１３ａ、２１３ｂ、２１４ａ、２１４ｂ 振幅位相補正部
２１５ａ、２１５ｂ 加算器
２１６ａ、２１６ｂ アップサンプリング部
２１７ａ、２１７ｂ 移動平均部
２１８ａ、２１８ｂ、２１９ａ、２１９ｂ 間引き部
３００ 画像処理部
３１０ レンジ圧縮部
３１１ ＦＦＴ部
３１２ メモリ
３１３ 乗算器
３１４ ＩＦＦＴ部
３２０ 切替部
３３０ アジマス圧縮部
３３１ ＦＦＴ部
３３２ 参照関数算出部
３３３ 乗算器
３３４ ＩＦＦＴ部
３４０ 表示部
４００ 制御部
４０１ サーキュレータ
４０２ アンテナ駆動機構
４０３ アンテナ

Claims (13)

1. 飛翔体におけるロール、ヨー、ピッチのうち、少なくともヨー方向にアンテナを駆動するアンテナ駆動機構と、
   第１のレーダ方式の場合と第２のレーダ方式の場合とで異なる周波数の送信信号を、前記アンテナを介して測定対象へ送信する送信部と、
   前記測定対象から前記アンテナを介して受信する受信信号を、前記第１のレーダ方式の場合と前記第２のレーダ方式の場合とで異なるサンプリングレートにより信号処理する受信部と、
   前記信号処理された受信信号に対し画像処理を行い、前記画像処理された画像を表示する画像処理部と、
   前記第２のレーダ方式により得られた前記受信信号に基づき生成された前記画像に基づき前記画像処理部が検出した測定対象の位置座標を受信して、前記第１のレーダ方式により前記測定対象の測定を行うように前記送信部、受信部及び前記アンテナ駆動機構を制御する制御部と、
   を備えるレーダ装置。
2. 前記送信部は、前記第１のレーダ方式の送信信号の第１の波形と前記第２のレーダ方式の送信信号の第２の波形とを記憶する送信波形記憶部を備え、
   前記送信波形記憶部は、前記第１の波形または前記第２の波形のいずれかを出力する、
   請求項１に記載のレーダ装置。
3. 前記送信部は、前記第１の波形に基づいて前記送信信号を生成し、また、前記第２の波形に基づいて前記送信信号を生成する送信信号生成部を備え、
   前記送信信号生成部は、
   前記第１の波形または前記第２の波形の信号をデジタル信号からアナログ信号に変換する信号変換部と、
   前記変換された信号をアップコンバートするアップコンバート部と、
   前記アップコンバートされた信号を増幅する増幅部と、を備える、
   請求項２に記載のレーダ装置。
4. 前記受信部は、前記第１のレーダ方式または前記第２のレーダ方式であるか否かに応じて、前記受信信号に基づいた信号からデータを間引く間引き部を備える、
   請求項１乃至３のいずれか一項に記載のレーダ装置。
5. 前記受信部は、
   前記受信信号に基づいて前記間引き部へ入力する信号を生成する第１の受信共通部と、
   前記第１の受信共通部が生成した信号、または、前記データを間引いた信号のいずれかに基づいて、前記画像処理部に入力する信号を生成する第２の受信共通部と、を備える、
   請求項４に記載のレーダ装置。
6. 前記第１の受信共通部は、
   前記受信信号をダウンコンバートするダウンコンバート部と、
   前記ダウンコンバートされた信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する信号変換部と、
   前記変換された信号を第１の信号成分と第２の信号成分に分離する信号分離部と、
   前記分離された信号の振幅及び位相を補正する振幅位相補正部と、
   前記補正された信号をダウンサンプリングするダウンサンプリング部と、を備える、
   請求項５に記載のレーダ装置。
7. 前記第１の受信共通部は、
   前記受信信号をダウンコンバートするダウンコンバート部と、
   前記ダウンコンバートされた信号をアナログ信号からデジタル信号に変換する信号変換部と、
   前記変換された信号を第１の信号成分と第２の信号成分に分離する信号分離部と、
   前記分離された信号の振幅及び位相を補正する振幅位相補正部と、
   前記補正された信号をアップサンプリングするアップサンプリング部と、
   前記アップサンプリングした信号に対し移動平均処理を行う移動平均部と、を備える、
   請求項５に記載のレーダ装置。
8. 前記第２の受信共通部は、
   前記第１の受信共通部が生成した信号、または、前記データを間引いた信号のいずれかを記憶するバッファ部と、
   前記記憶された信号を前記画像処理部に入力する信号の形式に変換するフォーマット部と、を備える、
   請求項５乃至７のいずれか一項に記載のレーダ装置。
9. 前記画像処理部は、
   前記信号処理された受信信号に対し、第１の方向の第１の圧縮処理を行う第１の圧縮処理部と、
   前記第１のレーダ方式の場合、前記第１の圧縮処理された信号に対し、第２の方向の第２の圧縮処理を行う第２の圧縮処理部と、を備える、
   請求項１乃至８のいずれか一項に記載のレーダ装置。
10. 前記画像処理部は、
    前記第１の圧縮処理または前記第２の圧縮処理された信号に基づいて前記画像を表示する表示部と、
    前記第１のレーダ方式の場合、前記第１の圧縮処理部が前記第１の圧縮処理を行った信号を前記第２の圧縮処理部へ出力し、前記第２のレーダ方式の場合、前記第１の圧縮処理部が前記第１の圧縮処理を行った信号を前記表示部へ出力する切替部と、を備える、
    請求項９に記載のレーダ装置。
11. 前記第１のレーダ方式は、合成開口レーダのレーダ方式であり、前記第２のレーダ方式は、捜索レーダのレーダ方式である、
    請求項１０に記載のレーダ装置。
12. 前記第１の圧縮処理は、レンジ圧縮処理であり、
    前記第２の圧縮処理は、アジマス圧縮処理である、
    請求項９乃至１１のいずれか一項に記載のレーダ装置。
13. 飛翔体におけるロール、ヨー、ピッチのうち、少なくともヨー方向にアンテナを駆動するアンテナ駆動処理と、
    第１のレーダ方式の場合と第２のレーダ方式の場合とで異なる周波数の送信信号を、前記アンテナを介して測定対象へ送信する送信処理と、
    前記測定対象から前記アンテナを介して受信する受信信号を、前記第１のレーダ方式の場合と前記第２のレーダ方式の場合とで異なるサンプリングレートにより信号処理する受信処理と、
    前記信号処理された受信信号に対し画像処理を行い、前記画像処理された画像を表示する表示処理と、
    前記第２のレーダ方式により得られた前記受信信号に基づき生成された前記画像に基づき測定対象の位置座標を検出する検出処理と、
    検出した測定対象の位置座標に基づき、前記第１のレーダ方式による前記測定対象の測定を行うように、前記送信処理、前記受信処理及び前記アンテナ駆動処理に関する制御を行う
    レーダ装置の制御方法。

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